离子交换苛化法制备烧碱的新工艺.pdf

本发明属制碱工业
    申请号为87100209的我国申请专利公开了一种以食盐和碳酸氢铵为原料，复分解得碳酸氢钠和氯化铵，可用过量石灰苛化碳酸氢钠制成烧碱的方法。理论（《纯碱工业》1990年第2期第20页）和实践证明，碳酸氢铵复分解不能同时制得两种纯产品，即要同时制得氯化铵和碳酸氢钠两种纯产品，就必须采用高低两个温度，但这两种温度的相图，图区界限位置的变化不大，且高温和低温相区的界线尚有交错。这就使得同时制取两种纯产品发生困难。因此，用该方法制备烧碱的突出缺点是其产品烧碱纯度难以保证。

    根据上述现有技术的缺点，本发明提供一种以碳酸氢铵和食盐为原料，利用离子交换苛化法制备烧碱同时还可获得工业氯化铵和轻质碳酸钙的新工艺。

    该工艺采用软水在30℃（常压）下溶解碳铵（NH4HCO2），制成180克/升的碳铵水溶液。用软水在50℃（常压）下溶解食盐（NaCl），制成200克/升的盐溶液。在常温、常压下用阳离子交换树脂将上述两种溶液进行铵（NH+4）钠（Na+）交换，得重量浓度为9-11%的重碱（NaHCO3）溶液和平均重量浓度为10.87%左右的氯化铵（NH4Cl）溶液。所述铵（NH+4）钠（Na+）交换，分别以碳铵溶液以2厘米/分，盐溶液以1·8-1·9厘米/分的线速度通过交换柱，然后在上述所获得的重量浓度为9-11%的重碱溶液中加入过量60%的石灰（CaO），分两次加入苛化釜，第一次加过量10%的量，搅拌1小时后加入剩下量，在常压下加热至80℃搅拌1小时后苛化完毕，经澄清，除去苛化泥，蒸发清除杂质后可得不同浓度的液体烧碱，或进一步蒸发熔熬得固体烧碱。氯化铵溶液经蒸发、冷却结晶、分离干燥即得工业氯化铵。若离心分离的湿料中含NaCl较高，亦可先经水洗涤，再经二次离心分离并干燥而得成品。经水洗后的苛化泥送入碳化罐，通入CO2气体进行碳化以中和微量的碱性，再经分离、干燥、粉碎即得轻质碳酸钙。该工艺的反应机理为其反应分两步进行，首先以食盐和碳铵为原料，利用阳离子交换树脂进行铵钠交换，生成重碱（NaHHCO3）和氯化铵（NH4Cl）溶液：

    然后将重碱溶液与石灰反应生成烧碱：

    该方法的工艺流程如图1所示。在常压和30℃条件下用软水及铵钠交换过程中的铵洗液溶解碳铵（NH4HCO3），配成180克/升重量浓度的碳铵液，存入碳铵液贮槽1。在常压、50℃条件下，用软水及铵钠交换过程中的钠洗液溶解食盐（NaCl），配成重量浓度为200克/升的NaCl溶液存入盐溶液贮槽2。上述碳铵溶液和NaCl溶液经由阳离子交换树脂构成地交换柱3可获得浓度为9-11%重碱（NaHCO3）液存入重碱液槽4，平均浓度为10·87%的氯化铵液存入氯化铵液槽5。在交换过程中碳铵液以2厘米/分，盐溶液以1·8-1·9厘米/分的线速度通过交换柱3。然后进入苛化过程，将重碱液槽4内的重碱液输入苛化釜12，同时在釜内加入过量（60%）的石灰（CaO），该过程分两次进行，第一次加过量的10%的石灰，搅拌1小时后加入剩下量，加热至80℃搅拌1小时后苛化完毕。经澄清桶13去除苛化泥重量浓度为11%左右的烧碱（NaOH）清液，此清液再经蒸发器14、浓碱液澄清桶15蒸发澄清，清除杂质后即可加工成含NaOH30%、42%和45%等不同浓度的液体烧碱。也可将液碱进一步蒸发熔熬得固体烧碱。来自澄清桶13的苛化泥桶16内进行水洗，然后送入碳化罐17，通入气体二氧化碳（CO2）进行碳化以中和微量的碱性，再经离心机18、干燥机19和粉碎机20制备轻质碳酸钙。氯化铵液槽5中的氯化铵液经蒸发器6、冷却结晶器7、离心机8、干燥机9得工业氯化铵。若从离心机8分离的湿料中含NaCl较高，亦可先经洗涤器10用水洗涤，再经离心机11分离并经干燥器9得工业氯化铵。

    本发明的优点表现为：（一）以碳铵为主要原料，而碳铵是我国遍及各地小化肥厂的主要产品，因成本高竞争力低而寻求利用现有条件生产其它精制品的厂家相当普遍，因此原料来源广泛，价格低廉。（二）本发明以离子交换-苛化为主要工艺手段，因而使设备、工艺及操作大为简化，能耗相对较低且无吃氯问题，使设备腐蚀和环境污染大为改善。（三）除获得烧碱外，还可获得工业氯化铵和轻质碳酸钙等副产品，且能确保各种产品的纯度。

    图1为制备烧碱工艺流程图。